【JavaEE初阶】多线程 _ 基础篇 _ 定时器（案例三）
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写在前面
一、定时器概述
二、定时器的实现
2.1 Java标准库 定时器的使用
2.2 自己模拟实现一个定时器
2.3 对自己实现的定时器的进一步优化
2.3.1 为何需要再进行优化
2.3.2 如何进行进一步优化（一）
2.3.3 如何进行进一步优化（二）
2.4 附上自己模拟实现定时器的代码
写在前面
继多线程的阻塞队列之后，我们来学习一下 第三个经典的案例 —— 定时器~
定时器，也是开发中的一个比较常用的基础组件~
定时器，就像闹钟一样，闹钟在达到一个设定的时间以后，就会发出响声来提醒；而定时器到了设定好的时间以后，就会执行某个指定好的代码~
下面，让我们一起来看看吧~
一、定时器概述
定时器，又称 任务定时执行器~
即：到了一定的时间，就会去执行指定的任务~
在 Java标准库中，提供了一个带有定时器功能的 Timer类，Timer类 的核心方法是 schedule方法~
schedule方法 包含了两个参数，第一个参数为 即将要执行的任务代码，第二个参数为 指定多长时间后执行地一个参数中的代码（单位是 毫秒）~
如：
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello");
}
}, 3000);
二、定时器的实现
2.1 Java标准库 定时器的使用
package thread;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class Demo23 {
public static void main(String[] args) {
//Timer 是 java.util 里的一个组件
Timer timer = new Timer();
//schedule 这个方法的效果是 "安排一个任务",不是立即执行，而是等到设定好的时间之后再执行
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("这是一个要执行的任务");
}
},4000);
}
}
运行结果：
在观察运行结果之后，就会提出两个小问题：
问题一：程序执行完之后，为啥没有结束呢？
实现定时器，背后涉及到了多线程，Timer 里面有线程，这个线程的运行阻止了 进程的退出~
问题二：那为什么不直接使用 sleep 呢，还专门搞了一个定时器？
使用 sleep 是把当前线程给阻塞了~
换句话说，sleep 的时间里，啥也干不了，只能干等着；但是使用定时器，之前的线程该干啥干啥~
我们可以来证实一下，加一些代码并且观察运行结果：
package thread;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class Demo23 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//Timer 是 java.util 里的一个组件
Timer timer = new Timer();
//schedule 这个方法的效果是 "安排一个任务",不是立即执行，而是等到设定好的时间之后再执行
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("这是一个要执行的任务");
}
},5000);
while (true) {
System.out.println("main");
Thread.sleep(1000);
}
}
}运行结果：
我们从中可以看出，在 定时器定时的那段时间里，线程是在继续干活的，仍然在打印出 main~
如果使用 sleep，那么这段时间就只能干等了~
所以，平常使用的还是定时器较多~
2.2 自己模拟实现一个定时器
在模拟实现定时器之前，我们应该要思考清楚，一个定时器里面应该要有什么~
首先，我们要清楚，一个 Timer 内部其实是可以加入很多很多任务的~
其次，Timer 里的每一个任务都要通过一定的方式描述出来（描述任务的过程 其实就相当于自己定义 TimerTask）~
虽然当前的任务有很多，但是它们的执行顺序是一定的：按照时间顺序先后来执行~
此处 可以使用 优先级队列来执行，使用优先级队列可以非常高效的 找到当前时间最小的任务（首先要执行的任务）~
最后，还需要有一个线程，通过这个线程来扫描定时器 内部的任务，并执行其中时间到了的任务~
package thread;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
//通过这个类来描述一个任务
class MyTask implements Comparable {
//获取具体任务
private Runnable command;
//执行任务时的时间戳
private long time;
//构造方法
public MyTask (Runnable command,long after) {
this.command = command;
//我们希望知道完整的时间戳(几点几分几秒之后执行)，所以用 当前系统时间戳+多长时间后执行 来表示
//此处记录的是绝对时间戳，不是 "多长时间之后执行"
this.time = System.currentTimeMillis() + after;
}
//执行任务的方法，直接在内部调用 Runnable 的 run 即可
public void run() {
command.run();
}
//获取执行时间
public long getTime() {
return time;
}
@Override
public int compareTo(MyTask o) {
//希望 时间小的在前面，时间大的在后面
return (int) (this.time - o.time);
}
}
//自己创建的定时器类
class MyTimer {
//使用 优先级队列的数据结构 来保存若干个任务
//但是调用 schedule 的时候，可能是多个线程调用，并不一定是单线程调用(比如说可以定多个闹钟)
//所以使用 的队列应该是 带有优先级的阻塞队列 PriorityBlockingQueue
private PriorityBlockingQueue queue = new PriorityBlockingQueue<>();
//command 表示要执行的任务是啥，after 表示多长时间之后来执行这个任务
public void schedule(Runnable command,long after) {
MyTask myTask = new MyTask(command,after);
queue.put(myTask);
}
public MyTimer() {
//在这里启动一个线程，来完成执行任务的工作
//尤其是每次出队列，来执行时间最短的任务
Thread t = new Thread(() -> {
while (true) {
//循环过程中,不断的尝试从队列中获取到队首元素
//判定队首元素当前的时间是否就绪，时间有没有到点，如果就绪就执行，如果不就绪就不执行
try {
MyTask myTask = queue.take();
long curTime = System.currentTimeMillis();
if (myTask.getTime() > curTime) {
//时间还没有到，塞回到队列中
queue.put(myTask);
}else{
//时间到了，直接执行任务
myTask.run();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t.start();
}
} 上面就是定时器的模拟实现代码，现在就需要我们来小小测试一下效果：
//测试代码
public class Demo24 {
public static void main(String[] args) {
MyTimer myTimer = new MyTimer();
myTimer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("2222");
}
},4000);
myTimer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("1111");
}
},2000);
myTimer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("3333");
}
},6000);
}
}
运行结果： 
2.3 对自己实现的定时器的进一步优化
2.3.1 为何需要再进行优化
这个线程的执行，还是有一定的缺陷的：
如果队列为空的话，那么的确在调用 take 的时候，在阻塞 没有什么太大的问题~
如果队列不为空的话，那么 它会执行下面的逻辑：
- 取出任务
- 比较时间
- 如果时间未到，就会插入任务回队列
但是，当插入任务回队列的时候 且时间未到，就会再次调用 myTask，进入循环~
但是，由于队列不为空 且时间未到，那么 又是调用，......
这样的后果，就是 如果队列不为空的话，且如果没有到时间，那么 就会产生大量的循环~
这就相当于，CPU 在不断的进行 "空转"，但是 又没有实质性的任务再执行，相当于在 "盲等"~
2.3.2 如何进行进一步优化（一）
我们希望，当我们把任务塞回队列之后，不应该让它立刻循环下一次，应该让线程等一会儿再进入循环~
如果引入了 sleep方法，看起来是会让线程不盲等，但是会引入新的问题~
举个例子，比如说，定了一个闹钟，想要下午两点和同学一起出去看电影；看了一下时间，现在才是 10:50，于是 sleep 了一个小时，到了 11:50；再看了一下时间，于是又 sleep 了一个小时 ......
这时候，你突然想起还有一个很紧急的事情没有做 —— 做核酸，在 12:00 之前帮助做核酸的志愿者就要走了~
但是，在 11:50 ~ 12:50 这段时间中，你仍然在 sleep，就无法在执行这个任务了~
直到 sleep 结束，这个 "做核酸" 的任务才会被执行（于是，你又要等到下个时间段在去做了）~
所以说，我们需要想想其它的办法~
虽然 sleep 不行，但是 wait 可以，相比于 sleep 来说，wait 是可以被提前唤醒的！！！
如果是能够提前唤醒，就完全可以再插入新任务的时候，把这里的等待给唤醒，再去执行新的任务~
2.3.3 如何进行进一步优化（二）
经过上述的优化，已经差不多了，只剩下最后一个小小的问题了~
有这样一种情况，假设当前的时间是 10:00，此时 取出的队首元素是 11:00 要执行的任务，此时 时间还没有到，于是 就把这个任务塞回到队列中~
接着 就需要等待 1h，但是，我们知道，多线程执行两个线程的顺序是不确定的，于是 在 put 之后，wait 之前，可能会有另外的新任务到达了，新的任务是在 10:30 运行~
当我们把 新的任务 插入之后，进行了 notify~
但是，由于 另外一个线程还没有 wait，所以这个 notify 就相当于空打了一炮~
于是，回到了wait方法继续执行，就等待了的是 1h，而不是等待了的是 30min~
之所以出现这个问题，主要是出现了线程调度的问题，因此需要把锁的范围扩大一点就可以了~
取元素、判断时间、put、wait 应该视为原子操作，如果在其中间插入任务，都可能会出现风险的~
当然，如果直接放大锁的范围的话，由于后面的 take 会让线程造成死锁的问题（因为在初始情况下 队列可能是空着的），就会让线程阻塞~
所以还需要一个判断条件：
2.4 附上自己模拟实现定时器的代码
package thread;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
//通过这个类来描述一个任务
class MyTask implements Comparable {
//获取具体任务
private Runnable command;
//执行任务时的时间戳
private long time;
//构造方法
public MyTask (Runnable command,long after) {
this.command = command;
//我们希望知道完整的时间戳(几点几分几秒之后执行)，所以用 当前系统时间戳+多长时间后执行 来表示
//此处记录的是绝对时间戳，不是 "多长时间之后执行"
this.time = System.currentTimeMillis() + after;
}
//执行任务的方法，直接在内部调用 Runnable 的 run 即可
public void run() {
command.run();
}
//获取执行时间
public long getTime() {
return time;
}
@Override
public int compareTo(MyTask o) {
//希望 时间小的在前面，时间大的在后面
return (int) (this.time - o.time);
}
}
//自己创建的定时器类
class MyTimer {
//这个是用来阻塞等待的锁对象
private Object locker = new Object();
//使用 优先级队列的数据结构 来保存若干个任务
//但是调用 schedule 的时候，可能是多个线程调用，并不一定是单线程调用(比如说可以定多个闹钟)
//所以使用 的队列应该是 带有优先级的阻塞队列 PriorityBlockingQueue
private PriorityBlockingQueue queue = new PriorityBlockingQueue<>();
//command 表示要执行的任务是啥，after 表示多长时间之后来执行这个任务
public void schedule(Runnable command,long after) {
MyTask myTask = new MyTask(command,after);
//唤醒
synchronized (locker) {
queue.put(myTask);
locker.notify();
}
}
public MyTimer() {
//在这里启动一个线程，来完成执行任务的工作
//尤其是每次出队列，来执行时间最短的任务
Thread t = new Thread(() -> {
while (true) {
//循环过程中,不断的尝试从队列中获取到队首元素
//判定队首元素当前的时间是否就绪，时间有没有到点，如果就绪就执行，如果不就绪就不执行
try {
synchronized (locker) {
while (queue.isEmpty()) {
locker.wait();
}
MyTask myTask = queue.take();
long curTime = System.currentTimeMillis();
if (myTask.getTime() > curTime) {
//时间还没有到，塞回到队列中
queue.put(myTask);
//比如说，下午两点有新任务，现在 是十一点，那么 一减就可以得出 需要等待 三个小时就可以了
locker.wait(myTask.getTime() - curTime);
}else{
//时间到了，直接执行任务
myTask.run();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t.start();
}
}
public class Demo24 {
public static void main(String[] args) {
MyTimer myTimer = new MyTimer();
myTimer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("2222");
}
},4000);
myTimer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("1111");
}
},2000);
myTimer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("3333");
}
},6000);
}
}
好了，关于多线程的第三个案例 —— 定时器就介绍到这里了~
如果感觉这一篇博客对你有帮助的话，可以一键三连走一波，非常非常感谢啦 ~
